JP2002241198A - ＧａＮ単結晶基板及びその製造方法 - Google Patents
ＧａＮ単結晶基板及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ヒ素を含まない大型の自立したＧａＮ単結晶基
板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】（１１１）面を表面とするＳｉ、Ｇｅ又は
ＧａＰの基板１上に、ストライプ状、点状等の窓３を有
するマスク２を形成し、その上にバッファ層４として一
般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記述される窒化ガ
リウム系化合物半導体を成長し、その上にＧａＮ層５を
エピタキシャル成長させ、基板１とマスク２を除去する
ことにより、ヒ素を含まない自立した直径５０mm以上の
大きさのＧａＮ単結晶基板を得る。
板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】（１１１）面を表面とするＳｉ、Ｇｅ又は
ＧａＰの基板１上に、ストライプ状、点状等の窓３を有
するマスク２を形成し、その上にバッファ層４として一
般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記述される窒化ガ
リウム系化合物半導体を成長し、その上にＧａＮ層５を
エピタキシャル成長させ、基板１とマスク２を除去する
ことにより、ヒ素を含まない自立した直径５０mm以上の
大きさのＧａＮ単結晶基板を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III−Ｖ族窒化物
系化合物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザ
などの発光デバイス用あるいは高出力電界効果トランジ
スタ等の電子デバイス用として適したＧａＮ単結晶基板
に関するものである。
系化合物半導体を用いた発光ダイオードや半導体レーザ
などの発光デバイス用あるいは高出力電界効果トランジ
スタ等の電子デバイス用として適したＧａＮ単結晶基板
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、発光ス
ペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半
導体であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオ
ード（ＬＤ）等の発光素子に応用されている。
ペクトルが紫外から赤色の広範囲に渡る直接遷移型の半
導体であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオ
ード（ＬＤ）等の発光素子に応用されている。
【０００３】これらのＧａＮ系発光デバイスを作製する
ためには、基板の上にＧａＮをエピタキシャル成長させ
る必要がある。基板は機械的、物性的な相性からして
も、ＧａＮ単結晶の上にＧａＮをエピタキシャル成長さ
せるのが最も良い。
ためには、基板の上にＧａＮをエピタキシャル成長させ
る必要がある。基板は機械的、物性的な相性からして
も、ＧａＮ単結晶の上にＧａＮをエピタキシャル成長さ
せるのが最も良い。
【０００４】しかし、大型のＧａＮ単結晶基板は、これ
を容易に製造することのできる方法が存在していない。
したがって従来は、サファイヤやＧａＡｓ基板上にＧａ
Ｎ層を形成し、その後に基板をエッチングまたはレーザ
ーを用いて除去することにより、自立したＧａＮ基板を
得るというＧａＮ基板の作製法が用いられる。
を容易に製造することのできる方法が存在していない。
したがって従来は、サファイヤやＧａＡｓ基板上にＧａ
Ｎ層を形成し、その後に基板をエッチングまたはレーザ
ーを用いて除去することにより、自立したＧａＮ基板を
得るというＧａＮ基板の作製法が用いられる。
【０００５】例えば、Michael K.Kelly:Jpn.J.Appl.Phy
s.Vol.38,p.L217-L219(1999)には、サファイヤ基板上に
成長した厚膜のＧａＮをパルスレーザーを照射して剥が
し、ＧａＮの自立基板が得られたことが報告されてい
る。また特開２０００−１２９００号公報や特開２００
０−２２２１２号公報には、ＧａＡｓ基板上に、ラテラ
ル成長法により厚膜のＧａＮを成長し、基板をエッチン
グで剥がすことでＧａＮの自立基板を得る方法が開示さ
れている。
s.Vol.38,p.L217-L219(1999)には、サファイヤ基板上に
成長した厚膜のＧａＮをパルスレーザーを照射して剥が
し、ＧａＮの自立基板が得られたことが報告されてい
る。また特開２０００−１２９００号公報や特開２００
０−２２２１２号公報には、ＧａＡｓ基板上に、ラテラ
ル成長法により厚膜のＧａＮを成長し、基板をエッチン
グで剥がすことでＧａＮの自立基板を得る方法が開示さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サファイヤ基板上にＧａＮを成長させる方法の場合、サ
ファイヤと窒化ガリウム系化合物半導体との熱膨張係数
差により、ＧａＮ層にクラック、そりが発生し易い。ま
た、格子のミスフットにより転位が発生し、このため素
子特性が良くないという問題がある。さらに、サファイ
ヤ（Ａｌ2Ｏ3）は化学的に安定で硬度が高い。化学的に
安定ということは良いようであるがそうでもない。Ｇａ
Ｎを残して基板だけをエッチング除去できない。したが
って、パルスレーザーなどを用いてＧａＮ／サファイヤ
基板からサファイヤを切り離しているが、ＧａＮ層にも
熱応力が加わってクラックや欠陥が形成される。
サファイヤ基板上にＧａＮを成長させる方法の場合、サ
ファイヤと窒化ガリウム系化合物半導体との熱膨張係数
差により、ＧａＮ層にクラック、そりが発生し易い。ま
た、格子のミスフットにより転位が発生し、このため素
子特性が良くないという問題がある。さらに、サファイ
ヤ（Ａｌ2Ｏ3）は化学的に安定で硬度が高い。化学的に
安定ということは良いようであるがそうでもない。Ｇａ
Ｎを残して基板だけをエッチング除去できない。したが
って、パルスレーザーなどを用いてＧａＮ／サファイヤ
基板からサファイヤを切り離しているが、ＧａＮ層にも
熱応力が加わってクラックや欠陥が形成される。
【０００７】一方、従来のＧａＡｓ基板上にＧａＮを成
長させる方法の場合、人体に有毒なヒ素を含む材料を用
いるため、取り扱いに注意を要する。さらに成長中はヒ
素の解離を防ぐようなヒ素雰囲気中でＧａＮを成長する
ことはできない。ＧａＮ層の成長温度は他の材料の成長
温度に比べて高いために、ヒ素が容易に解離して、Ｇａ
Ａｓ基板の結晶性が低下し、その上に積層するＧａＮ層
の結晶性の低下を招く。さらにはＧａＡｓ基板からＧａ
Ｎ層へヒ素が混入する事により、ＧａＮ層中に結晶欠陥
を形成する。また得られたＧａＮ単結晶基板を使用して
ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる場合にヒ素がさら
に伝播してしまうなどの問題がある。
長させる方法の場合、人体に有毒なヒ素を含む材料を用
いるため、取り扱いに注意を要する。さらに成長中はヒ
素の解離を防ぐようなヒ素雰囲気中でＧａＮを成長する
ことはできない。ＧａＮ層の成長温度は他の材料の成長
温度に比べて高いために、ヒ素が容易に解離して、Ｇａ
Ａｓ基板の結晶性が低下し、その上に積層するＧａＮ層
の結晶性の低下を招く。さらにはＧａＡｓ基板からＧａ
Ｎ層へヒ素が混入する事により、ＧａＮ層中に結晶欠陥
を形成する。また得られたＧａＮ単結晶基板を使用して
ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる場合にヒ素がさら
に伝播してしまうなどの問題がある。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ヒ素を含まない大型の自立したＧａＮ単結晶基板及
びその製造方法を提供することにある。
し、ヒ素を含まない大型の自立したＧａＮ単結晶基板及
びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。
め、本発明は、次のように構成したものである。
【００１０】本発明の基板は、直径５０mm以上の大きさ
を有し、ヒ素を含まないことを特徴とする自立したＧａ
Ｎ単結晶基板である（請求項１）。
を有し、ヒ素を含まないことを特徴とする自立したＧａ
Ｎ単結晶基板である（請求項１）。
【００１１】また本発明のＧａＮ単結晶基板の製造方法
は、Ｓｉ（１１１）面基板上に、ストライプ状、点状等
の窓を有するマスクを形成し、その上にバッファ層とし
て一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記述される窒
化ガリウム系化合物半導体を成長し、その上にＧａＮを
エピタキシャル成長させ、基板とマスクを除去すること
により、ヒ素を含まない自立した直径５０mm以上の大き
さのＧａＮ単結晶基板を得ることを特徴とする（請求項
２）。
は、Ｓｉ（１１１）面基板上に、ストライプ状、点状等
の窓を有するマスクを形成し、その上にバッファ層とし
て一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記述される窒
化ガリウム系化合物半導体を成長し、その上にＧａＮを
エピタキシャル成長させ、基板とマスクを除去すること
により、ヒ素を含まない自立した直径５０mm以上の大き
さのＧａＮ単結晶基板を得ることを特徴とする（請求項
２）。
【００１２】本発明の製造方法においては、上記Ｓｉ
（１１１）面基板の代わりに、Ｇｅ（１１１）面基板を
用いたり（請求項３）、ＧａＰ（１１１）面基板を用い
ることができる（請求項４）。
（１１１）面基板の代わりに、Ｇｅ（１１１）面基板を
用いたり（請求項３）、ＧａＰ（１１１）面基板を用い
ることができる（請求項４）。
【００１３】また、上記ＧａＮをエピタキシャル成長す
る方法として、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰ
Ｅ：metal organic vapor phase epitaxy ）、塩化物気
相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法または有機金属塩化物気
相エピタキシー（ＭＯＣ）法などの、気相エピタキシー
法を用いることができる（請求項５）。
る方法として、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰ
Ｅ：metal organic vapor phase epitaxy ）、塩化物気
相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法または有機金属塩化物気
相エピタキシー（ＭＯＣ）法などの、気相エピタキシー
法を用いることができる（請求項５）。
【００１４】更に本発明の製造方法においては、上記バ
ッファ層として一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で
記述される窒化ガリウム系化合物半導体の代わりに、一
般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で記述される窒化ガリウム系化合
物半導体を成長してもよい（請求項６）。その際、上記
一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で記述される窒化ガリウム系化合
物半導体の上に、高温成長による単結晶のＡｌＧａＮ層
を形成して、その層の上に上記ＧａＮの層をエピタキシ
ャル成長することもできる（請求項７）。
ッファ層として一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で
記述される窒化ガリウム系化合物半導体の代わりに、一
般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で記述される窒化ガリウム系化合
物半導体を成長してもよい（請求項６）。その際、上記
一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で記述される窒化ガリウム系化合
物半導体の上に、高温成長による単結晶のＡｌＧａＮ層
を形成して、その層の上に上記ＧａＮの層をエピタキシ
ャル成長することもできる（請求項７）。
【００１５】また、本発明の製造方法においては、上記
バッファ層の形成に先立ち、基板上にウエットエッチン
グ可能な第１層を形成し、その上に上記バッファ層を形
成してもよい（請求項８）。
バッファ層の形成に先立ち、基板上にウエットエッチン
グ可能な第１層を形成し、その上に上記バッファ層を形
成してもよい（請求項８）。
【００１６】また、本発明の製造方法においては、上記
マスク、バッファ層、ＧａＮ層等の各層を、基板の上面
と下面の両面に対称に形成し、一度に２枚の、ヒ素を含
まない自立したＧａＮ単結晶基板を得ることもできる
（請求項９）。
マスク、バッファ層、ＧａＮ層等の各層を、基板の上面
と下面の両面に対称に形成し、一度に２枚の、ヒ素を含
まない自立したＧａＮ単結晶基板を得ることもできる
（請求項９）。
【００１７】＜発明の要点＞本発明の要点は、ＧａＮを
エピタキシャル成長する基板として、成長後にエッチン
グ除去しやすく、且つヒ素を含まない材料基板である、
Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＰの基板を使用し、その（１１１）面
に、ラテラル成長法により、窓付きのマスク越しにＧａ
Ｎをエピタキシャル成長し、大型の自立したＧａＮ単結
晶基板を得るものである。
エピタキシャル成長する基板として、成長後にエッチン
グ除去しやすく、且つヒ素を含まない材料基板である、
Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＰの基板を使用し、その（１１１）面
に、ラテラル成長法により、窓付きのマスク越しにＧａ
Ｎをエピタキシャル成長し、大型の自立したＧａＮ単結
晶基板を得るものである。
【００１８】本発明の製造方法によれば、（１１１）面
を表面とするＳｉ、Ｇｅ、ＧａＰの基板を用いているの
で、従来のＧａＡｓ基板上にＧａＮを成長させる方法の
場合のように、ヒ素を基板中に含むことがない。従っ
て、その上に積層するＧａＮ層の結晶性の低下を招いた
り、ＧａＮ層中に結晶欠陥を形成する恐れがない。ま
た、自立した直径５０mm以上の大きさのＧａＮ単結晶基
板を得ることができる。
を表面とするＳｉ、Ｇｅ、ＧａＰの基板を用いているの
で、従来のＧａＡｓ基板上にＧａＮを成長させる方法の
場合のように、ヒ素を基板中に含むことがない。従っ
て、その上に積層するＧａＮ層の結晶性の低下を招いた
り、ＧａＮ層中に結晶欠陥を形成する恐れがない。ま
た、自立した直径５０mm以上の大きさのＧａＮ単結晶基
板を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２０】＜実施形態１＞本発明の第１の実施形態と
して、有機金属気相エピタキシー法により図１に示すよ
うな成長手順で結晶成長を行った。
して、有機金属気相エピタキシー法により図１に示すよ
うな成長手順で結晶成長を行った。
【００２１】まず直径１００mmのＳｉ（１１１）面の基
板１を準備し、基板上にＳｉＯ2膜から成るマスク２を
一様に形成した（図１( １) ）。ここで用いた基板１
は、（１１１）面を表面とするＳｉ基板であり、表１の
左欄に示すものである。そのＳｉＯ2膜上にレジストを
塗布し、フォトリソグラフィによってストライプ状の窓
３を有するマスク２とし、レジストを除去した（図１
（２））。
板１を準備し、基板上にＳｉＯ2膜から成るマスク２を
一様に形成した（図１( １) ）。ここで用いた基板１
は、（１１１）面を表面とするＳｉ基板であり、表１の
左欄に示すものである。そのＳｉＯ2膜上にレジストを
塗布し、フォトリソグラフィによってストライプ状の窓
３を有するマスク２とし、レジストを除去した（図１
（２））。
【００２２】その後、有機金属気相エピタキシーによ
り、５２０℃の低温において、ＳｉＯ 2／Ｓｉの上に、
一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記載されるＡｌ
ＧａＮバッファ層４を２００nm形成した（図１
（３））。マスク２はＧａＮ成長抑制作用があるため、
ストライプ状の窓３上にしかＧａＮは堆積しない。ここ
で有機金属気相エピタキシーで用いられたガスは、アン
モニア（ＮＨ3）、キャリアガス（Ｈ2、Ｎ2）、トリメ
チルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）、トリメチルアルミニ
ウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）である。
り、５２０℃の低温において、ＳｉＯ 2／Ｓｉの上に、
一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記載されるＡｌ
ＧａＮバッファ層４を２００nm形成した（図１
（３））。マスク２はＧａＮ成長抑制作用があるため、
ストライプ状の窓３上にしかＧａＮは堆積しない。ここ
で有機金属気相エピタキシーで用いられたガスは、アン
モニア（ＮＨ3）、キャリアガス（Ｈ2、Ｎ2）、トリメ
チルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）、トリメチルアルミニ
ウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）である。
【００２３】さらに昇温し、１０００℃〜１０８０℃の
高温において、ＧａＮ層５をエピタキシャル成長し、２
００μｍの厚みに形成した（図１（４））。
高温において、ＧａＮ層５をエピタキシャル成長し、２
００μｍの厚みに形成した（図１（４））。
【００２４】その後、Ｓｉ基板１をＨＦ−ＨＮＯ3系エ
ッチング溶液により完全に除去した（図１（５））。
ッチング溶液により完全に除去した（図１（５））。
【００２５】さらにマスク２を研磨によって除去して自
立したＧａＮ膜６を得た（図１（６））。これは直径１
００mmで厚さが２００μｍのクラックの無い単結晶であ
り、研磨してＧａＮ単結晶基板とした。
立したＧａＮ膜６を得た（図１（６））。これは直径１
００mmで厚さが２００μｍのクラックの無い単結晶であ
り、研磨してＧａＮ単結晶基板とした。
【００２６】＜実施形態２＞本発明の他の実施例とし
て、基板材料を変えて上述の方法でＧａＮ単結晶基板を
作製した。表１に今回使用した基板の種類と大きさの一
覧を示す。
て、基板材料を変えて上述の方法でＧａＮ単結晶基板を
作製した。表１に今回使用した基板の種類と大きさの一
覧を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１の左欄が上記第１の実施形態で説明し
た直径１００mmのＳｉ（１１１）面基板の場合を示し、
右欄が第２の実施形態に係る直径５０mmのＧｅ（１１
１）面基板の場合を、そして、中欄が第３の実施形態に
係る直径７５mmのＧａＰ（１１１）面基板の場合を示
す。
た直径１００mmのＳｉ（１１１）面基板の場合を示し、
右欄が第２の実施形態に係る直径５０mmのＧｅ（１１
１）面基板の場合を、そして、中欄が第３の実施形態に
係る直径７５mmのＧａＰ（１１１）面基板の場合を示
す。
【００２９】ここでは、第２の実施形態として、直径５
０mmのＧｅ（１１１）面基板を用い、その表面上に上記
実施形態１の成長方法と同様な成長を行い、直径５０mm
で厚さが２００μｍのクラックの無いＧａＮ単結晶基板
を得た。さらに、第３の実施形態として、直径７５mmの
ＧａＰ（１１１）面基板上に上記実施形態１の成長方法
と同様な成長を行い、直径７５mmで厚さが２００μｍの
クラックの無いＧａＮ単結晶基板を得た。
０mmのＧｅ（１１１）面基板を用い、その表面上に上記
実施形態１の成長方法と同様な成長を行い、直径５０mm
で厚さが２００μｍのクラックの無いＧａＮ単結晶基板
を得た。さらに、第３の実施形態として、直径７５mmの
ＧａＰ（１１１）面基板上に上記実施形態１の成長方法
と同様な成長を行い、直径７５mmで厚さが２００μｍの
クラックの無いＧａＮ単結晶基板を得た。
【００３０】
【表２】
【００３１】表２に各基板を使用して得られるＧａＮ単
結晶基板のＸ線四結晶法を用いたＸＲＤピークの半値幅
（ａｒｅｓｅｃ）とＲＭＳ（nm）の値を示す。Ｓｉ（１
１１）基板を使用した時、半値幅は最小となる。また、
値は基板を変えても、あまり変化は見られなかった。
結晶基板のＸ線四結晶法を用いたＸＲＤピークの半値幅
（ａｒｅｓｅｃ）とＲＭＳ（nm）の値を示す。Ｓｉ（１
１１）基板を使用した時、半値幅は最小となる。また、
値は基板を変えても、あまり変化は見られなかった。
【００３２】
【表３】
【００３３】表３に、Ｓｉ（１１１）面基板上にＡｌＧ
ａＮバッファ層のＡｌとＧａの組成を変化させて形成し
た時のＧａＮ単結晶基板の半値幅とＲＭＳ値を示す。Ａ
ｌ組成（ｘ値）の増加に従ってＲＭＳ値がわずかに減少
した。
ａＮバッファ層のＡｌとＧａの組成を変化させて形成し
た時のＧａＮ単結晶基板の半値幅とＲＭＳ値を示す。Ａ
ｌ組成（ｘ値）の増加に従ってＲＭＳ値がわずかに減少
した。
【００３４】図２にＳｉ（１１１）面基板を使用して得
られたＧａＮ単結晶基板の二次イオン質量分析（ＳＩＭ
Ｓ）の測定結果を示す。なお、図２の横軸は深さ（μ
ｍ）、左の縦軸はヒ素（Ａｓ）等の濃度（ａｔｏｍｓ／
ｃｃ）であり、濃度の単位は、例えば「１Ｅ＋１６」で
１×１０16cm-3を表す。
られたＧａＮ単結晶基板の二次イオン質量分析（ＳＩＭ
Ｓ）の測定結果を示す。なお、図２の横軸は深さ（μ
ｍ）、左の縦軸はヒ素（Ａｓ）等の濃度（ａｔｏｍｓ／
ｃｃ）であり、濃度の単位は、例えば「１Ｅ＋１６」で
１×１０16cm-3を表す。
【００３５】この測定結果からＧａＮ基板中のヒ素（Ａ
ｓ）の濃度は１０17個ｃｍ-3以下であり、検出下限以下
であった。さらにその他の、Ｇｅ（１１１）面やＧａＰ
（１１１）面の結晶基板を使用して得られたＧａＮ単結
晶基板の場合も、ヒ素濃度は検出下限以下であった。
ｓ）の濃度は１０17個ｃｍ-3以下であり、検出下限以下
であった。さらにその他の、Ｇｅ（１１１）面やＧａＰ
（１１１）面の結晶基板を使用して得られたＧａＮ単結
晶基板の場合も、ヒ素濃度は検出下限以下であった。
【００３６】このことから、Ｓｉ（１１１）面基板、Ｇ
ｅ（１１１）面基板、ＧａＰ（１１１）面基板を用いる
と、ヒ素を含まない大型の単結晶ＧａＮ基板が実現され
ることが明かとなった。
ｅ（１１１）面基板、ＧａＰ（１１１）面基板を用いる
と、ヒ素を含まない大型の単結晶ＧａＮ基板が実現され
ることが明かとなった。
【００３７】＜他の実施形態＞上記実施形態において
は、基板上にＧａＮをエピタキシャル成長させる方法と
して、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法を用
いたが、他の、塩化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法
または有機金属塩化物気相エピタキシー（ＭＯＣ）法を
用いてもよい。
は、基板上にＧａＮをエピタキシャル成長させる方法と
して、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法を用
いたが、他の、塩化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）法
または有機金属塩化物気相エピタキシー（ＭＯＣ）法を
用いてもよい。
【００３８】また上記実施形態においては、マスクの窓
３の形状をストライプ状に形成したが、点状の窓として
形成することもでき、その窓の形はどんな形であっても
よい。さらに、ストライプ状又は点状に形成されるマス
ク２をＳｉＯ2膜により形成したが、これに代えて、タ
ングステン（Ｗ）などの高融点の金属や、ＳｉＮ4など
用いても良い。
３の形状をストライプ状に形成したが、点状の窓として
形成することもでき、その窓の形はどんな形であっても
よい。さらに、ストライプ状又は点状に形成されるマス
ク２をＳｉＯ2膜により形成したが、これに代えて、タ
ングステン（Ｗ）などの高融点の金属や、ＳｉＮ4など
用いても良い。
【００３９】さらに上記実施形態では、ＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦１）の窒化ガリウム系化合物半導体から成る
層を、低温成長によるバッファ層４にしているが、任意
組成比の一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の窒化ガリウム系化合物
半導体を用いてもよい。さらに、この層の上に、高温成
長による単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを形成して、その
層の上にＧａＮの層を形成しても良い。また、基板上に
ウエットエッチング可能な第１層を形成し、その上にバ
ッファ層を形成してもよい。そうすれば、第１層をエッ
チングする溶液を用いた湿式エッチングにより、基板か
ら剥離させて窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成す
ることができる。
（０≦ｘ≦１）の窒化ガリウム系化合物半導体から成る
層を、低温成長によるバッファ層４にしているが、任意
組成比の一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，
０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）の窒化ガリウム系化合物
半導体を用いてもよい。さらに、この層の上に、高温成
長による単結晶のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを形成して、その
層の上にＧａＮの層を形成しても良い。また、基板上に
ウエットエッチング可能な第１層を形成し、その上にバ
ッファ層を形成してもよい。そうすれば、第１層をエッ
チングする溶液を用いた湿式エッチングにより、基板か
ら剥離させて窒化ガリウム系化合物半導体基板を形成す
ることができる。
【００４０】また、上記実施形態においては、基板の上
面にだけマスク、バッファ層、ＧａＮ層等の各層を形成
したが、基板の上面と下面の両側に対称に各層を形成し
て、基板のそりを防止するようにしてもよい。このよう
に構成すると、一度に２枚の窒化ガリウム系化合物半導
体基板が得られるので、製造効率も向上させることがで
きる。
面にだけマスク、バッファ層、ＧａＮ層等の各層を形成
したが、基板の上面と下面の両側に対称に各層を形成し
て、基板のそりを防止するようにしてもよい。このよう
に構成すると、一度に２枚の窒化ガリウム系化合物半導
体基板が得られるので、製造効率も向上させることがで
きる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明はヒ素を含ま
ない大型のＧａＮ単結晶基板を提供するものである。本
発明により得られるＧａＮ単結晶基板は、人体に有毒な
ヒ素を含まないから、取り扱いが簡便でよく、またヒ素
に起因する欠陥も本質的に形成されない。また、サファ
イア基板を使用した場合に比べてＧａＮ層と基板の剥離
工程も簡略化される。
ない大型のＧａＮ単結晶基板を提供するものである。本
発明により得られるＧａＮ単結晶基板は、人体に有毒な
ヒ素を含まないから、取り扱いが簡便でよく、またヒ素
に起因する欠陥も本質的に形成されない。また、サファ
イア基板を使用した場合に比べてＧａＮ層と基板の剥離
工程も簡略化される。
【００４２】また、本発明によるＧａＮ単結晶基板の製
造方法は、ストライプ窓付きマスク上にラテラル成長し
てＧａＮ結晶を得るものであるから、転位等の欠陥が少
なく、基板との格子不整合による歪も緩和される。欠陥
が少なく、内部応力も小さいので、反りを低減すること
ができる。低欠陥で反りの小さいＧａＮ基板を使用すれ
ば、青色ＬＥＤの特性を向上させることができ、短波長
ＬＤの寿命を延ばす事ができる。
造方法は、ストライプ窓付きマスク上にラテラル成長し
てＧａＮ結晶を得るものであるから、転位等の欠陥が少
なく、基板との格子不整合による歪も緩和される。欠陥
が少なく、内部応力も小さいので、反りを低減すること
ができる。低欠陥で反りの小さいＧａＮ基板を使用すれ
ば、青色ＬＥＤの特性を向上させることができ、短波長
ＬＤの寿命を延ばす事ができる。
【図１】本発明のＧａＮ単結晶基板の製造方法を示す図
である。
である。
【図２】本発明のＧａＮ単結晶基板のＳＩＭＳ測定によ
る原子密度の深さ分布を示した図である。
る原子密度の深さ分布を示した図である。
１ 基板 ２ マスク ３ 窓 ４ バッファ層 ５ ＧａＮ層 ６ ＧａＮ膜（ＧａＮ単結晶基板）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AB01 AB09 BE15 DB01 ED05 ED06 EE07 EF01 EF03 FJ03 5F041 AA40 CA33 CA34 CA37 CA40 CA65 CA67 CA74 5F045 AB14 AB17 AC08 AC12 AD09 AD14 AF03 AF13 GH09 HA14
Claims (9)
- 【請求項１】直径５０mm以上の大きさを有し、ヒ素を含
まないことを特徴とする自立したＧａＮ単結晶基板。 - 【請求項２】Ｓｉ（１１１）面基板上に、ストライプ
状、点状等の窓を有するマスクを形成し、その上にバッ
ファ層として一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で記
述される窒化ガリウム系化合物半導体を成長し、その上
にＧａＮをエピタキシャル成長させ、基板とマスクを除
去することにより、ヒ素を含まない自立した直径５０mm
以上の大きさのＧａＮ単結晶基板を得ることを特徴とす
るＧａＮ単結晶基板の製造方法。 - 【請求項３】請求項２に記載のＧａＮ単結晶基板の製造
方法において、前記Ｓｉ（１１１）面基板の代わりに、
Ｇｅ（１１１）面基板を用いることを特徴とするＧａＮ
単結晶基板の製造方法。 - 【請求項４】請求項２に記載のＧａＮ単結晶基板の製造
方法において、前記Ｓｉ（１１１）面基板の代わりに、
ＧａＰ（１１１）面基板を用いることを特徴とするＧａ
Ｎ単結晶基板の製造方法。 - 【請求項５】請求項２〜４のいずれかに記載のＧａＮ単
結晶基板の製造方法において、前記ＧａＮを気相エピタ
キシー法によってエピタキシャル成長することを特徴と
するＧａＮ単結晶基板の製造方法。 - 【請求項６】請求項２〜５のいずれかに記載のＧａＮ単
結晶基板の製造方法において、前記バッファ層として一
般式ＡｌxＧａ1-XＮ（０≦ｘ≦１）で記述される窒化ガ
リウム系化合物半導体の代わりに、一般式ＡｌxＧａyＩ
ｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦
１）で記述される窒化ガリウム系化合物半導体を成長す
ることを特徴とするＧａＮ単結晶基板の製造方法。 - 【請求項７】請求項６に記載のＧａＮ単結晶基板の製造
方法において、前記一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で記述される
窒化ガリウム系化合物半導体の上に、高温成長による単
結晶のＡｌＧａＮ層を形成して、その層の上に前記Ｇａ
Ｎの層をエピタキシャル成長することを特徴とするＧａ
Ｎ単結晶基板の製造方法。 - 【請求項８】請求項２〜７のいずれかに記載のＧａＮ単
結晶基板の製造方法において、前記バッファ層の形成に
先立ち、基板上にウエットエッチング可能な第１層を形
成し、その上に前記バッファ層を形成することを特徴と
するＧａＮ単結晶基板の製造方法。 - 【請求項９】請求項２〜８のいずれかに記載のＧａＮ単
結晶基板の製造方法において、前記マスク、バッファ
層、ＧａＮ層等の各層を、基板の上面と下面の両面に対
称に形成し、一度に２枚の、ヒ素を含まない自立したＧ
ａＮ単結晶基板を得ることを特徴とするＧａＮ単結晶基
板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001035449A JP2002241198A (ja) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | ＧａＮ単結晶基板及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2001035449A JP2002241198A (ja) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | ＧａＮ単結晶基板及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002241198A true JP2002241198A (ja) | 2002-08-28 |
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|---|---|---|---|
| JP2001035449A Pending JP2002241198A (ja) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | ＧａＮ単結晶基板及びその製造方法 |
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| JP (1) | JP2002241198A (ja) |
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- 2001-02-13 JP JP2001035449A patent/JP2002241198A/ja active Pending
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